[發明專利]一種激光式自動對焦裝置及其對焦方法

無效

• 申請號: 201110067679.2
• 申請日: 2011-03-21
• 公開（公告）號: CN102122055A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 程良倫;黃加異;朱瑋
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G02B7/36
• 分類號: G02B7/36
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明屬于光學檢測技術領域，尤其涉及一種激光式自動對焦裝置及其對焦方法。

背景技術

隨著自動控制技術和圖像處理技術的快速發展，采用圖像處理方法的自動對焦技術被應用于多個領域，比如工業光學檢測、醫學成像系統、多媒體技術領域等。在工業生產中常常需要對精密儀器進行質量檢測，這就要求快捷、準確獲取清晰的圖像信息，自動對焦技術凸顯至關重要的作用。一般的，采用圖像處理方法的顯微鏡自動對焦方式是借助自然光反射到凸透鏡后呈現整個倒像，通過相機連續拍攝圖像，并不斷進行對比和分析，反復控制移動鏡頭，直到找出最為清晰的圖像作為聚焦點的判據，然而，這種自動對焦方式需要存儲和處理大量圖像信息，影響自動對焦的速度，而且對焦的精確度也不高。

發明內容

針對上述現有對焦技術所存在的不足，本發明提供一種激光式自動對焦裝置，該對焦裝置降低了對焦時間，同時提高了對焦的精度。

本發明的另一目的是提供一種激光式自動對焦裝置的對焦方法，該對焦方法能快速判斷出離焦狀態，單方向控制電機，減少了處理大量圖像信息的工作，從而極大減少了對焦時間，同時又不減少對焦的精度，極大提高了對焦性能。

本發明的技術解決方案為：一種激光式自動對焦裝置，包括激光發射器、光柵鏡片、聚焦鏡、反射鏡、物鏡、圖像采集裝置和圖像處理裝置，所述激光發射器發射出的激光經光柵鏡片過濾，剩余的光速經過聚焦鏡形成平行光線后通過反射鏡的反射，再經過能自動調整位置的物鏡聚焦到被測物體上，之后，該光線以與所述路徑對稱的路徑反射回去，然后通過光柵鏡片反射到圖像采集裝置中，最后發送到圖像處理裝置對采集信息進行處理。

所述光柵鏡片設置成能濾去一半的激光光束。

除所述物鏡外的部件的相對位置為固定。

所述物鏡是通過運動控制模塊和對焦驅動模塊來驅動對焦的，其中，運動控制模塊用于改變對焦的水平坐標位置，對焦驅動模塊用于改變物距從而改變被測物體的成像信息。

所述對焦驅動模塊為伺服電機驅動。

所述伺服電機驅動步長為1μm。

所述圖像采集裝置為CCD圖像采集模塊。

對該方案的進一步改進為：還包括用于觀察對焦平臺環境的視頻模塊。

再進一步的改進為：還包括用于存儲圖片信息和計算結果的存儲模塊。

一種激光式自動對焦裝置的對焦方法，包括以下步驟：

1）圖像采集裝置采集圖像信息；

2）將采集到的圖像信息輸送到圖像處理裝置進行灰度轉換；

3）對所得灰度值進行平均灰度值計算，呈現上半圓、中心圓、下半圓三種光斑圖像；

4）通過灰度分析法分析上述三種光斑圖像的灰度值和灰度值分割點，判斷離焦狀態為上離焦還是下離焦狀態；

5）根據所得離焦狀態控制電機單方向運行移動物鏡；

6）對比前后幀圖像灰度值；

7）根據梯度法，判斷灰度值梯度方向的轉折點，找出最小平均灰度值，確定焦平面。

本發明所提供的自動對焦裝置降低了對焦時間，同時提高了對焦的精度。本發明所提供的對焦方法，能快速判斷出離焦狀態，單方向控制電機，減少了處理大量圖像信息的工作，從而極大減少了對焦時間，同時又不減少對焦的精度，極大提高了對焦性能。

附圖說明

圖1為本發明實施例的激光光學回路示意圖；

圖2為本發明實施例的光斑離焦狀態分析圖；

圖3為本發明實施例對焦方法流程圖；

圖4為本發明實施例的初始離焦狀態灰度分析圖；

圖5為本發明實施例的初始準對焦狀態灰度分析圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的說明。

如圖1所示，一種激光式自動對焦裝置，包括激光發射器1、光柵鏡片2、聚焦鏡3、反射鏡4、物鏡5、圖像采集裝置7和圖像處理裝置，所述激光發射器1發射出的激光經光柵鏡片2過濾，剩余的光速經過聚焦鏡3形成平行光線后通過反射鏡4的反射，再經過能自動調整位置的物鏡5聚焦到被測物體6上，之后，該光線以與所述路徑對稱的路徑反射回去，然后通過光柵鏡片2反射到圖像采集裝置7中，最后發送到圖像處理裝置對采集信息進行處理。

所述光柵鏡片2設置成能濾去一半的激光光束。

除所述物鏡5外的部件的相對位置為固定。

所述物鏡5是通過運動控制模塊和對焦驅動模塊來驅動對焦的，其中，運動控制模塊用于改變對焦的水平坐標位置，對焦驅動模塊用于改變物距從而改變被測物體的成像信息。

所述對焦驅動模塊為伺服電機驅動。

所述伺服電機驅動步長為1μm。